Принципиальное отличие горизонтального направленного бурения (ГНБ) от других технологий бестраншейной прокладки инженерных коммуникаций заключается в использовании бурового раствора. Его применяют на всех этапах работ – при бурении пилотной скважины, расширении пробуренного канала и протяжке трубопровода. Результаты прокладки напрямую зависят от качества раствора, его пригодности для конкретных условий и квалификации рабочих.
Какие функции выполняет буровой раствор
- передает гидравлическую энергию движущегося потока забойному двигателю;
- создает режущий эффект при выходе через сопла, тем самым помогает буру разрушать грунт;
- удерживает частицы измельченной породы во взвешенном состоянии и выносит на поверхность;
- смазывает и охлаждает бур, предотвращает налипание грунта на инструмент и обжим буровой колонны;
- образует тонкую, прочную и малопроницаемую фильтрационную корку, которая укрепляет стенки скважины и устраняет риск их обрушения в несвязанных грунтах;
- за счет уменьшения трения облегчает протяжку трубопровода в скважину.
Компоненты бурового раствора
При прокладке инженерных сетей по технологии ГНБ используют исключительно водные буровые растворы. В состав суспензии также входит бентонит, который при контакте с водой увеличивается в 15 раз, и специальные добавки. В непростых инженерно-геологических условиях, например в сильно разбухающих и налипающих глинах, могут применяться полимерные растворы, не содержащие бентонит. Все компоненты по ГОСТ 12.1.007-76 относятся к 4 классу опасности (малоопасные вещества).
Типовой состав раствора:
| Компоненты | Объем в % |
|---|---|
| Вода | 94–98 |
| Бентонит | 2–6 |
| Специальные добавки | До 1 |
Бентонит представляет собой экологически чистый минерал, это природная глина вулканического происхождения. Для приготовления раствора используют модифицированные кальциевые или натриевые бентониты, которые обеспечивают повышенное качество суспензии. Немодифицированные бентониты можно применять только в тех случаях, когда ГНБ производится наиболее мощными буровыми установками класса Мега, в противном случае велик риск аварии.
Виды специальных добавок, которые вводят в раствор:
- структурообразующие компоненты;
- улучшатели реологических параметров;
- понизители фильтрации;
- стабилизаторы активных глин;
- смазывающие добавки;
- разжижители;
- биоциды;
- ингибиторы коррозии.
Воду набирают из водопровода, пресных природных водоемов, колодцев и водозаборных скважин. В отдельных случаях допустимо использование соленой морской воды с полимерными добавками. Параметры жидкости должны соответствовать нормам ГОСТ 23732-2011.
Нормативные показатели воды:
- уровень кислотности pH – от 8 до 10 единиц;
- уровень жесткости (содержание ионов кальция) – не более 240 мг/л;
- содержание хлоридов – не более 1 г/л;
- содержание хлора – не более 0.1 г/л.
Для повышения кислотности и уменьшения жесткости в раствор добавляют кальцинированную соду. Снижения кислотности и удаления ионов кальция при цементном загрязнении добиваются при помощи гидрокарбоната натрия (пищевой соды) или лимонной кислоты.
Приготовление, подача и контроль
Для расчета требуемых характеристик бурового раствора и потребности в компонентах составляют план. Выбор рецептуры кардинальным образом влияет на успешность бурения и протяжки трубопровода, расход и выносную способность.
Ключевые параметры, от которых зависит состав и свойства раствора:
- инженерно-геологические условия по маршруту прокладки трубопровода;
- длина и диаметр скважины;
- тяговая сила и крутящий момент буровой установки;
- рекомендации производителей используемых компонентов;
- практика применения.
Приготовлением раствора занимаются перед самым началом бурения, в ходе работ его объем постоянно пополняется. В стандартный комплект оборудования входит емкость с перемешивателем, гидросмеситель с воронкой для загрузки компонентов, центробежный насос высокого давления.
Бентонит и добавки подаются через воронку в гидросмеситель, где перемешиваются с водой до однородного состояния, пока не будут достигнуты требуемые технологические показатели. Уровень кислотности, жесткости и содержания хлоридов доводится до нормативных значений путем добавления химических реагентов.
| Характеристика | Значение | |
|---|---|---|
| Плотность, г/см3 | 1.01–1.04 | |
| Условная вязкость, с | Глина, суглинок | 30–45 |
| Песок, супесь | 40–60 | |
| Гравий, скальный грунт | 60–80 и выше | |
| Показатель фильтрации, см3/30 мин | Несвязные грунты | ≤15 |
| Связные и скальные грунты | ≤35 | |
| Толщина фильтрационной корки, мм | ≤2 | |
| Содержание песка, % по массе | <1 | |
Готовый раствор подается непосредственно на установку ГНБ либо поступает в закрытую буферную емкость, предназначенную для промежуточного хранения. На всех этапах работ поддерживается непрерывная циркуляция бурового раствора в объеме, достаточном для выноса измельченного грунта, чтобы свести к минимуму вероятность аварий.
В ходе мероприятий по прокладке трубопровода ведется постоянное наблюдение за текущими характеристиками раствора. Если обнаружено отклонение от расчетных значений, для возврата к заложенным в проекте показателям производится корректировка.
Очистка и регенерация
Повторное использование бурового раствора при бестраншейной прокладке коммуникаций методом ГНБ позволяет уменьшить финансовые расходы. В зависимости от компоновки оборудования удается очистить до 90% раствора. Очистка и регенерация наиболее целесообразна при бурении мощными установками класса Макси и Мега, у которых тяговая сила превышает 400 кН, в этом случае экономия довольно ощутима.
Высокая эффективность очистки достигается за счет подбора оптимальных рабочих параметров для вибросит и шламоотделителей, поддержания плотности и вязкости на предельно низком уровне, регулировки скорости бурения и объема подачи. Очищенная масса проходит проверку на соответствие контрольным значениям. При необходимости осуществляется регенерация, с этой целью в ранее использованный раствор после очистки вводится бентонит, специальные добавки либо новая порция смеси.
Утилизация отработки
Отработанный буровой раствор и шлам по окончании ГНБ вывозится за пределы строительной площадки на полигон для захоронения отходов. При получении разрешения государственных органов и местных властей допускается захоронение в земляных амбарах и на иловых полях, сброс на снегоплавильных пунктах, в очистные сооружения и канализационные коллекторы. Район вывоза должен располагаться вне водоохранных и природоохранных зон, а также вдали от инженерных сетей и объектов инфраструктуры.
Если позволяет оборудование, возможна утилизация непосредственно на строительной площадке. Отработку предварительно разделяют на сухой остаток и техническую воду, которые захоронить намного легче ввиду более мягких экологических требований. Для утилизации отработанной пульпы задействуют системы очистки и регенерации бурового раствора.